有機半導體發光元件的製作方法

2023-07-23 03:53:46

專利名稱：有機半導體發光元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及有機半導體發光元件，特別涉及具有開關功能的有機半導體發光元件。
背景技術：
有機電致發光(Electroluminescence)元件(以下，也稱為有機EL元件。)為自發光型的元件，具有響應速度非常快、高亮度的各種優點，其研究開發進展至今。並且，提出有具備開關功能的有機EL元件(例如，參照日本特開2003-187983號公報)。
此外，作為視場角寬、薄型且耗電小的顯示裝置，將相關有機EL元件配置為矩陣狀而構成的發光顯示器受到關注，正在進行著廣泛的開發。
現有的EL元件為無源型的元件，為了進行有源驅動，在1個EL元件中需要至少2個或2個以上的TFT等的開關元件，以及至少1個或1個以上的電容。因此，在利用有機EL元件構成有源驅動顯示器的情況下，通過在1個像素內形成TFT等的開關元件和電容，使像素的數值孔徑降低，作為結果，存在為了得到足夠的亮度而使耗電增大的問題。此外，存在有機EL元件的發光壽命變短等問題。
而且，期待著進一步適合實現高亮度、視認性優良的高性能且低價格的顯示器的有機EL元件。

發明內容
本發明就是鑑於上述內容而提出的，其目的在於，提供具備開關功能、高亮度且高性能的有機半導體發光元件等。在本發明要解決的課題中，上述問題可作為1例舉出。
本發明的有機半導體發光元件是具有在第1電極、第2電極、以及設置在第1和第2電極之間的發光層的有機EL發光元件，其特徵在於，具有有機半導體層，其設置在第1電極與發光層之間，在發光層的發光波段內具有吸收帶；以及控制電極，其與所述有機半導體層電連接。


圖1是示意性地示出作為本發明的實施例1的光閘流電晶體型有機EL元件的結構的剖面圖。
圖2是表示柵電極的一例的圖，是在與層疊方向垂直的面內的柵電極的局部俯視圖。
圖3是表示柵電極的一例的圖，是柵電極形成為嵌入在有機半導體層內時的有機EL元件的剖面圖。
圖4是表示發光層25的EL發光光譜(點劃線)以及第1和第2有機半導體層的吸收光譜(實線)的圖。
圖5是表示用於確認圖1所示的有機EL元件的基本動作的光敏性SIT元件的結構的剖面圖。
圖6是表示不向圖5所示的光敏性SIT元件照射外部光的情況下的相對於漏/源電壓(VDs)的漏/源電流(IDs)的圖。
圖7是表示向圖5所示的光敏性SIT元件照射外部光的情況下的相對於漏/源電壓(VDs)的漏/源電流(IDs)的圖。
圖8是表示實施例2的有機EL元件中的發光層的EL發光光譜(點劃線)與第1和第2有機半導體層的吸收光譜(實線)的圖。
圖9是示意性地示出作為本發明的實施例3的光閘流電晶體型有機EL元件的結構的剖面圖。
圖10是示意性地示出作為本發明的實施例4的光閘流電晶體型有機EL元件的結構的剖面圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的實施例詳細地進行說明。並且，在以下所示的實施例中，對等同的結構要素賦予相同的參考標號。
實施例1圖1是示意性地示出作為本發明的實施例1的光閘流電晶體型有機EL元件10的結構的剖面圖。
有機EL元件10具有作為第1電極的源電極(S)11和作為第2電極的漏電極(D)12，並且在該源電極(S)11和漏電極(D)12之間有作為控制電極的柵電極(G)13。而且，在源電極(S)11和柵電極(G)13之間形成有第1有機半導體層(ORG1)21，在柵電極(G)13和漏電極(D)12之間形成有第2有機半導體層(ORG2)22以及發光層(EMI)25。
所述源電極(S)11、漏電極(D)12以及柵電極(G)13可以使用金、鉑、鈀、銀、鉛、錫、鋁、鈣、銦、鉻、鋰等的鹼金屬，或鎂等的鹼土類金屬，或者它們的合金。並且，也能夠使用鹼金屬化合物、鹼土類金屬化合物、氧化銦錫(ITO)、氧化錫、氧化銦鋅、氧化鋅或它們的合金。或者還能夠使用硒、碘化銅、鎳等。此外，也能夠使用聚(3-甲基噻吩)、聚亞苯基硫醚、聚苯胺等的導電性高分子。它們可以單獨使用，或者也可以例如像在ITO(氧化銦錫)上成膜聚苯胺那樣，使用層疊多個膜的材料。
第1有機半導體層(ORG1)21、第2有機半導體層(ORG2)22可以使用花青苷、卟啉、酞菁染料等的有機色素分子及其衍生物、三苯胺衍生物、並五苯等的聚並苯系分子及其衍生物、咔唑衍生物、三苯基二胺衍生物以及三唑衍生物等，但並不限於這些。它們可以是單層、或者是2種或2種以上的材料的混合層。
發光層(EMI)25可以使用八羥基喹啉鋁、咔唑衍生物等，但優選向這些材料中添加發光效率高的螢光材料或磷光材料。
以下，對於有機EL元件10的形成方法具體地進行說明。首先，通過濺鍍，成膜約100nm(納米)厚度的ITO，以形成源電極11。接著，在1×10-5Pa(帕斯卡)左右的高真空下，蒸鍍銅酞菁(CuPc)以形成第1有機半導體層21，蒸鍍鋁(Al)以形成柵電極13，蒸鍍銅酞菁(CuPc)以形成第2有機半導體層22。
第1有機半導體層21以及第2有機半導體層22形成為層厚約50nm。並且，在第1有機半導體層21上蒸鍍柵電極13，使得鋁的層厚約為30nm，但並不覆蓋第1有機半導體層21的整個表面，而是根據在柵電極13的面內形成空穴13A這樣的成膜條件而形成。這種情況下，空穴是隨機形成的。即，通過在柵電極13上成膜第2有機半導體層22，在該空穴內也形成第2有機半導體(銅酞菁)，第1有機半導體層21與第2有機半導體層22在該空穴(即，貫通部)13A連接。
並且，柵電極13隻需形成為第1有機半導體層21和第2有機半導體層22連接的形狀即可。即，柵電極13例如也可以採用過程掩膜而形成網格狀、條紋狀等的各種形狀。例如，圖2中示出了使得柵電極13具有網格形狀來形成柵電極13的情況下，與層疊方向垂直的面內的柵電極13的局部俯視圖(即，從圖1的W方向觀察的局部剖面圖)。或者，柵電極13也可以形成為梳子狀。
並且，如圖3所示，柵電極13也可以形成為嵌入到一個有機半導體層(ORG)23內。並且，該情況下，柵電極13隻需形成在該一個有機半導體層23內即可，可以形成在任意位置上。
在第2有機半導體層22上，發光層(EMI)25由八羥基喹啉鋁(Alq3)與尼羅紅按照100∶5的比例共同蒸鍍而形成。
在發光層(EMI)25上，漏電極12由鎂和銀按照100∶5的比例共同蒸鍍而形成。
圖4示出了發光層25的EL發光光譜(用點劃線表示)以及第1和第2有機半導體層21、22中使用的銅酞菁(CuPc)的吸收光譜(用實線表示)。如上所述，發光層25的八羥基喹啉鋁中添加有螢光材料的尼羅紅。由此，發光層25的實際的發光光譜比八羥基喹啉鋁(Alq3)的發光光譜更向長波長側偏移。此外，通過適度添加螢光材料可以增加發光效率，但增加過多會造成發光效率下降。
因此，構成為使從發光層25發出的光中的一部分波段的光被第1和第2有機半導體層21、22所吸收。
以下，參照附圖對所述有機EL元件10的動作進行詳細說明。
圖5是表示用於確認有機EL元件10的基本動作的光敏性SIT元件10A的結構的剖面圖。該光敏性SIT元件10A除了不形成有機EL元件10的發光層25這一點之外，與有機EL元件10具有相同的結構。
並且，這裡所言及的光敏性SIT是指源電極與漏電極之間具有柵電極、其電流-電壓特性顯示與靜電感應型電晶體(SIT)相同的特性、但通過照射包括特定波長的光，柵電極的控制性能變化的元件。
圖6是表示不向光敏性SIT 10A照射外部光的情況下的相對於漏/源電壓(VDS)的漏/源電流(IDS)的圖，是將柵電壓(源/柵間電壓)(Vc)作為參數變化而繪製的圖。當柵電壓(VG)為零時，光敏性SIT 10A呈導通(ON)狀態，但通過施加0.5V的電壓切換至非導通(OFF)狀態。
圖7表示向光敏性SIT 10A照射外部光的情況下的相對於漏/源電壓(VDS)的漏/源電流(IDS)。當柵電壓(VG)為零時，光敏性SIT 10A呈導通(ON)狀態，即使柵電壓增加到1V也維持導通(ON)狀態。進而，當柵電壓增加至1.5V時，變化成非導通(OFF)狀態。
如圖6、7所示，通過有無外部光的照射，確認出基於柵電壓的光敏性SIT元件10A的開關特性發生變化。
接著，對圖1所示的有機EL元件10的動作進行說明。在不向源電極11和柵電極13施加電壓的狀態(VG＝0V)下，向源電極11和漏電極12之間施加10V的DC電壓時，有機EL元件10發光，確認有約78坎德拉的發光強度。接著，在源電極11和柵電極13之間施加0.5V電壓時，維持發光。接著，在源電極11和柵電極13之間施加1.5V電壓時消光。接著，在源電極11和柵電極13之間施加0.5V的電壓時，維持消光。接著，在源電極11和柵電極13之間的電壓返回到0V時，確認再次以78坎德拉的發光強度發光。
按照以下的方式對有關的有機EL元件10的動作進行理解。即，在從發光層25發出的光沒有被第1和第2有機半導體層21、22所吸收的情況下(非發光狀態)，通過向柵電極13施加電壓，使柵電位上升，流過發光層25的電流也減少，發光強度下降。但是，在本發明中，由於從發光層25發出的光被第1和第2有機半導體層21、22所吸收而生成的空穴，使柵電位下降。根據這樣的機理，對於來自發光層25的發光，在從發光層25發出的光沒有被第1和第2有機半導體層21、22吸收的情況下，即使向電流供給減少的柵電極13施加電壓，也不會減少電流供給而能夠維持發光，但如果進一步增大向柵電極13施加的電壓，則使電流供給減少，從柵電壓的施加開始在小於等於微秒(μsec)級的時間內，降低發光強度，直到與不施加柵電壓時的發光強度相比足夠小的強度。
此外，在本實施例中，對第1和第2有機半導體層21、22吸收來自發光層25的發出光的情況進行了說明，也可以構成為第1和第2有機半導體層21、22僅一方為吸收發出光的光吸收層。該情況下，優選構成為僅第1有機半導體層21吸收發出光。並且，在上述內容中，說明了通過向發光層添加摻雜劑來調整發光層的發光效率、和/或發光光譜的偏移的情況，但也可以向該光吸收層添加摻雜劑。即，也可以構成為通過向發光層添加摻雜劑、和/或向該光吸收層添加摻雜劑來進行調整，使得該吸收層的光吸收率為規定值或在規定範圍以內。
實施例2對作為本發明的實施例2的光閘流電晶體型有機EL元件10進行說明。
本實施例的層結構與所述實施例1相同，第1和第2有機半導體層21、22通過蒸鍍部花青(MC)而形成。柵電極(G)13使用鎂。並且，發光層25通過將八羥基喹啉鋁(Alq3)和香豆素6以100∶3的比例共同蒸鍍而形成。此外，漏電極12通過共同蒸鍍鋁和鋰而形成。
圖8示出了發光層25的EL發光光譜(點劃線)與第1和第2有機半導體層21、22中使用的部花青(MC)的吸收光譜(實線)。如上所述，發光層25的八羥基喹啉鋁中添加有螢光材料的香豆素6。由此，發光層25的發光效率增加，而發光光譜的偏移小。
在確認本實施例的有機EL元件10的動作時，與所述實施例1的情況相同，確認能夠進行與對柵電極13的電壓施加對應的發光控制。
實施例3

圖9是示意性地說明作為本發明的實施例3的光閘流電晶體型有機EL元件10的結構的剖面圖。
與所述實施例1的不同點在於，第2有機半導體層22與發光層25之間設有空穴輸送層(HT)31，並且在發光層25上設有空穴阻擋(blocking)層(HB)32，在空穴阻擋層(HB)32上設有電子傳輸層(ET)33。
第1和第2有機半導體層21、22為p型有機半導體層。因此，該有機EL元件10除了作為發光元件的功能，還兼有作為對應於對柵電極13的電壓施加而能夠進行控制的p型SIT的功能。
此外，第2有機半導體層22、空穴輸送層31、空穴阻擋層32以及電子傳輸層33可以根據需要適當設置。或者，也可以在源電極11和第1有機半導體層21之間設置空穴注入層。
在本實施例的有機EL元件10中，也確認了在源電極(陽極)11以及漏電極(陰極)12之間施加10V的電壓，對應於所施加的柵電壓(Vc)而能夠進行發光控制。
實施例4圖10是示意性地示出作為本發明的實施例4的光閘流電晶體型有機EL元件10的結構的剖面圖。
與所述實施例3的不同點在於，有機EL元件10構成為，除了作為發光元件的功能，還兼有作為對應於對柵電極13的電壓施加而能夠進行控制的n型SIT的功能。
具體的說，在源電極11上依次層疊形成空穴輸送層31、發光層25、空穴阻擋層32、電子傳輸層33、第1有機半導體層21、柵電極13、第2有機半導體層22以及漏電極12。此處，第1和第2有機半導體層21、22為n型有機半導體層。因此，該有機EL元件10除了作為發光元件的功能，還兼有作為對應於對柵電極13的電壓施加而能夠進行控制的n型SIT的功能。
以上，如詳細說明的那樣，根據本發明，能夠提供具有閘流電晶體特性的有源的有機EL元件。因此，例如，通過採用該有機EL元件構成顯示器裝置，設置在各個像素內的電子電路的結構變得簡單。因此，能夠實現耗電小、高亮度且低成本的有源驅動顯示器，其結果能夠實現壽命長、高可靠性且高性能的顯示器。
以上，參照優選的實施例對本發明進行了說明。本發明應當理解為本領域的技術人員能夠聯想到各種變形和變更。所有這樣的變形或變更例均認為包含在權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種有機半導體發光元件，是具有第1電極、第2電極以及設置在所述第1和第2電極之間的發光層的有機EL發光元件，其特徵在於，具有有機半導體層，其設置在所述第1電極與所述發光層之間，在所述發光層的發光波段中具有吸收帶；以及控制電極，其與所述有機半導體層電連接。
2.根據權利要求1所述的有機半導體發光元件，其特徵在於，所述有機半導體層具有具備所述吸收帶的光吸收層，所述控制電極與所述光吸收層鄰接。
3.根據權利要求1所述的有機半導體發光元件，其特徵在於，所述有機半導體層具有具備所述吸收帶的光吸收層，所述控制電極嵌設在所述光吸收層內。
4.根據權利要求2所述的有機半導體發光元件，其特徵在於，所述光吸收層形成在所述控制電極與所述第1電極之間。
5.根據權利要求1所述的有機半導體發光元件，其特徵在於，所述發光層和所述有機半導體層的至少一方添加有摻雜劑，使得所述有機半導體層的光吸收率在規定範圍內。
6.根據權利要求1所述的有機半導體發光元件，其特徵在於，與向所述控制電極施加的電壓的變化相對應的所述第1和第2電極之間的電流電壓特性，具有對應於所述發光層的發光和消光而變化的閘流電晶體特性。
7.根據權利要求1所述的有機半導體發光元件，其特徵在於，所述第1電極和所述第2電極分別為陽極和陰極，所述有機半導體發光元件還具有配置在所述第1電極和所述發光層之間的空穴輸送層。
8.根據權利要求1所述的有機半導體發光元件，其特徵在於，所述第1電極和所述第2電極分別為陽極和陰極，所述有機半導體發光元件還具有配置在所述第2電極和所述發光層之間的電子輸送層。
全文摘要
一種有機半導體發光元件，其具有有機半導體層，其設置在第1電極與發光層之間，在發光層的發光波段中具有吸收帶；以及控制電極，其與所述有機半導體層電連接。
文檔編號H01L51/50GK1902985SQ20048003914
公開日2007年1月24日 申請日期2004年12月21日 優先權日2003年12月26日
發明者中村健二, 工藤一浩 申請人:先鋒株式會社